激光腔靶耦合二维辐射输运数值模拟

间接驱动激光聚变过程中,黑腔内物质处于非局域热动平衡(non-LTE)状态,而且辐射传输具有非平衡、各向异性等特点。为了精确描述黑腔辐射场的演化及其与物质的相互作用,最新研制的激光聚变二维总体LARED集成程序,基于non-LTE的多群辐射输运建模,首次实现了激光黑腔靶实验的全过程数值模拟。数值结果表明,辐射输运计算较好地反映了黑腔辐射场均匀性变化,腔壁光斑区与非光斑区X光发射强度比与实验测量值接近,靶丸压缩形状与实验图像定性一致。     

激光腔靶耦合二维辐射输运数值模拟

:间接驱动激光聚变过程中,黑腔内物质处于非局域热动平衡(non-LTE)状态,而且辐射传输具有非平衡、各向异性等特点。为了精确描述黑腔辐射场的演化及其与物质的相互作用,最新研制的激光聚变二维总体LARED集成程序,基于non-LTE的多群辐射输运建模,首次实现了激光黑腔靶实验的全过程数值模拟。数值结果表明,辐射输运计算较好地反映了黑腔辐射场均匀性变化,腔壁光斑区与非光斑区X光发射强度比与实验测量值接近,靶丸压缩形状与实验图像定性一致。     

非定常辐射输运问题的蒙特卡罗自适应偏倚抽样

用蒙特卡罗(MC)方法模拟高温、高压、多介质、大变形辐射输运问题时,由于网格体积悬殊,导致各网格通量的统计误差涨落很大,随着时间步的增加,误差积累甚至会导致计算结果失真.为此,发展了针对全局网格计算的源偏倚抽样技巧.用于源偏倚抽样的价值函数基于上个时间步各网格通量及误差,通过加权构造产生,它比传统MC通过解伴随方程获取价值的性价比要高得多.数值试验表明,全局源偏倚抽样通过自适应分配当前时间步各网格的粒子数,有效地降低了当前步重要网格通量误差. 关键词： 非定常 辐射输运 蒙特卡罗 源偏倚抽样     

用冲击波测量黑腔辐射温度的新方法

 用解析方法和数值模拟方法研究了用冲击波测量黑腔辐射温度的可能性及其可能达到的精度。结果表明, 通过精确测量镶嵌于黑腔靶侧面中间的Al楔形靶中冲击波的传播速度和压力的变化来推断黑腔的辐射温度随时间的变化是一种可行的方法, 而且可以大幅度地提高辐射温度的测量精度。     

用冲击波测量黑腔辐射温度的新方法

用解析方法和数值模拟方法研究了用冲击波测量黑腔辐射温度的可能性及其可能达到的精度。结果表明, 通过精确测量镶嵌于黑腔靶侧面中间的Al楔形靶中冲击波的传播速度和压力的变化来推断黑腔的辐射温度随时间的变化是一种可行的方法, 而且可以大幅度地提高辐射温度的测量精度。     

黑腔靶X光转换,输运的定量测量

为了测量黑腔靶X光引光效率、转换效率,我们设计了相应的分解靶(泄漏靶)实验,1989～1992年在″神光″装置上共进行了四次漏靶分解实验,利用灵敏度作了绝对标定的平响应X光二极管对漏靶注入孔、引光孔流出的X光角分布进行了测量,测出了x光角分布,得到了黑腔靶X光转换效率为50％～60％,引光效率约6％,为以后辐射驱动内爆研究的理论计算和靶的优化设计提供了重要的数据。     

实验靶对半黑腔辐射源辐射温度的影响

间接驱动惯性约束聚变和高能量密度物理实验中使用黑腔作为强X射线辐射源,黑腔源靶的等效辐射温度受安装在辐射出口的实验用靶的影响而与单独进行辐射源特性研究时有所不同。通过对几种不同辐射输运靶对半黑腔辐射源的影响进行的实验研究发现,添加不同填充材料的输运管能够使测量到的黑腔辐射源的辐射温度升高3~8 eV。实验结果的统计显示,输运管越长,填充材料密度越大,辐射温度越高。     

利用LARED-H后处理程序计算神光-Ⅱ黑腔辐射温度

编制了二维非平衡激光靶耦合程序LARED-H的后处理程序,利用LARED-H计算的黑腔内等离子体状态量,求解定态多群光子输运方程,算出到达激光入射口的辐射强度及等效辐射温度.计算结果与神光-Ⅱ黑腔实验测量结果进行了比较.     

热辐射输运问题的高效蒙特卡罗模拟方法

惯性约束聚变研究中,热辐射光子在介质中的输运以及热辐射光子与介质的相互作用是重要研究课题,蒙特卡罗方法是该类问题的重要研究手段之一.隐式蒙特卡罗方法虽然能正确地模拟热辐射在介质中的输运过程,但当模拟重介质(材料的吸收系数大)问题时,该方法花费的计算时间将变得很长,导致模拟效率很低.本文以离散扩散蒙特卡罗方法为基础,开发了"离散扩散蒙特卡罗方法辐射输运模拟程序",可以较好地解决重介质区的计算效率问题,但是离散扩散蒙卡罗方法在模拟轻介质区时精度不够高.辐射输运问题中通常既有轻介质也有重介质,为了能同时解决蒙特卡罗方法模拟的效率和精度问题,本文研究了离散扩散蒙特卡罗方法与隐式蒙特卡罗方法相结合的模拟方法,并提出了新的扩散区与输运区界面处理方法,研制了混合蒙特卡罗方法的辐射输运模拟程序.典型辐射输运问题模拟显示:在模拟重介质问题时,该程序能大幅缩短模拟时间,且能取得与隐式蒙特卡罗方法一致的结果;在模拟轻重介质均存在的问题时,与隐式蒙特卡罗方法相比,混合蒙特卡罗方法的模拟精度与其相当且计算效率同样能够得到显著提升.     

非线性中子输运问题的蒙特卡罗模拟

针对考虑中子之间相互碰撞的非线性中子输运方程,提出一种线性化近似处理方法,导出相应的积分输运方程,利用蒙特卡罗方法求解此方程,数值实验表明算法的有效性,为研究超高能中子产生与输运问题提供了必要的模拟工具.     

Quiet Monte Carlo radiation transport

We model radiation transport by advancing computational photons through phase space with solutions to a set of stochastic differential equations of motion. Random numbers that appear in the equations of motion are sampled with deterministically chosen Gaussian quadrature weights and abscissas. In this way, the advantages of particle Monte Carlo are realized without generating statistical noise. We demonstrate this technique by performing one- and two-dimensional test problems in which gray radiation is energetically coupled to stationary material. Scattering is accomplished with a Fokker-Planck scattering operator. Free streaming, diffusion and Marshak waves are recovered in appropriate limits.     

金刚石薄膜中二次电子输运的蒙特卡罗模拟

本文通过编写的二维MATLAB蒙特卡罗程序, 对倍增的二次电子在金刚石薄膜中的输运特性进行了初步模拟. 研究表明: 二次电子的迁移率对温度和外加电场的大小很敏感, 在杂质浓度比较低时(<10¹⁷/cm^-3)受杂质浓度的影响不大. 模拟得到的 二次电子的饱和速度为1.88×10⁷ cm/s, 无外加电场时的迁移率为3732 cm² /V.s. 同时, 通过对二次电子束团在金刚石薄膜中的整体输运特性的模拟, 证明了束团电荷密度在应用要求的范围内时, 空间电荷力的影响可以忽略不计.     

中国锦屏地下实验室缪子辐射环境蒙特卡罗方法模拟

用蒙特卡罗方法对中国锦屏地下实验室（CJPL）的缪子辐射本底进行了模拟。在对宇宙线缪子进行模拟时,依据海平面缪子流强Gaisser公式建立模型,并利用MUSIC程序,模拟了CJPL实验室的剩余缪子归一化能谱,进一步利用FLUKA程序模拟得到了缪致光子、中子的产额和平均能量。结果表明：剩余缪子的平均能量369 GeV,通量3.1710-6 m-2s-1,次级光子总的注量率约1.5710-4 m-2s-1,次级中子总的注量率约8.3710-7 m-2s-1。通过与世界上其他地下实验室本底水平的对比,表明CJPL的缪子辐射环境低于世界上大多数地下实验室。     

纤锌矿相GaN空穴输运特性的Monte Carlo模拟研究

用全带多粒子Monte Carlo方法模拟纤锌矿相(Wurtzite)GaN空穴输运特性的结果. 用经验赝势法计算得到能带结构数据. 模拟包含了声学声子散射，光学声子散射，极性光学声子散射，压电散射，电离杂质散射及带间散射等散射机理. 计算得到了空穴沿3个主要对称方向上的空穴平均漂移速度和平均能量与电场强度的关系曲线，室温下漂移速度呈现饱和特性. 在所研究的电场范围内，最大平均漂移速度约为6×10⁶cm s^-1，最大空穴平均能量约为0.12eV, 这些值均比电子的相应参数低很多. 还给出了空穴的扩散迁移率与杂质浓度关系的模拟结果. 关键词： 蒙特卡罗 氮化镓 输运特性 能带结构     

蒙特卡罗粒子输运程序JMCT研制

介绍了具有自主知识产权的蒙特卡罗(MC)粒子输运程序JMCT的初步研制成果。JMCT基于三维组合几何支撑软件框架JCOGIN,采用模块化,分成多层管理结构,可处理多群碰撞和连续能量碰撞,可进行粒子并行和区域分解并行两种并行方法,并具有良好的可扩展性和高速通信技术,同时配有可视化建模前处理软件。介绍了JMCT采用的多群物质碰撞机制,展示了程序模拟计算测试模型的结果,与MCNP程序计算结果一致。JMCT串行计算速度相比MCNP提高了约3 倍;在20 480个处理器核上模拟2109样本,并行效率可达70%。     

蒙特卡罗粒子输运程序JMCT研制

介绍了具有自主知识产权的蒙特卡罗(MC)粒子输运程序JMCT的初步研制成果。JMCT基于三维组合几何支撑软件框架JCOGIN,采用模块化,分成多层管理结构,可处理多群碰撞和连续能量碰撞,可进行粒子并行和区域分解并行两种并行方法,并具有良好的可扩展性和高速通信技术,同时配有可视化建模前处理软件。介绍了JMCT采用的多群物质碰撞机制,展示了程序模拟计算测试模型的结果,与MCNP程序计算结果一致。JMCT串行计算速度相比MCNP提高了约3 倍;在20 480个处理器核上模拟2109样本,并行效率可达70%。     

蒙特卡罗粒子输运软件JMCT抽样工具库设计

为通用型蒙特卡罗粒子输运程序JMCT设计了抽样工具库,通过两种技术途径提供各分布的抽样。一是针对各种常见分布提供特定抽样子程序;二是提供一个通用型的抽样子程序,可以实现任意离散分布和任意一维有限区间上连续分布的自动抽样。在设计任意一维有限区间上连续分布的自动抽样工具时利用了部分开源代码,利用其功能提供给用户最大的方便性。对抽样工具库的检验表明,其可以正确、方便地实现各种输运模拟中常见分布的抽样。     

热辐射输运问题的隐式蒙特卡罗方法求解

热辐射与物质相互作用及辐射光子在物质中的传输是惯性约束聚变研究中的重要课题. 介绍了基于隐式蒙特卡罗方法的辐射输运方程,在该方程的积分-微分形式基础上,推导了利于蒙特卡罗方法模拟的等价的积分输运方程;基于积分方程设计数值模拟流程,编写三维蒙特卡罗数值模拟程序;针对热辐射输运典型问题及benchmark问题开展了数值实验,计算结果验证了方法的适应性及程序的正确性. 关键词： 热辐射 惯性约束聚变 输运方程 隐式蒙特卡罗     

基于蒙特卡罗的小尺度参考辐射装置屏蔽研究

针对移动式小尺度参考辐射（MRR）装置（移动式校准装置）,在进行射线辐射剂量测量的仪器仪表标定或刻度时,应满足其辐射屏蔽安全限值5 Sv/h的屏蔽技术要求,采用蒙特卡罗输运程序MCNP,开展了移动式小尺度参考辐射装置表面剂量场屏蔽的模拟计算和研究分析工作。研究结果表明,通过MCNP模拟的屏蔽设计方法可以详尽反映MRR装置各个表面的剂量分布特征和规律,实现移动式小尺度参考辐射装置屏蔽设计,采用的铅钢材料复合屏蔽方案能够保证装置硬度且显著地减轻屏蔽体的重量,最终获取的优化MRR屏蔽箱体重量约为271.9 kg。